Cogeração na Indústria Canavieira: Realidade e perspectivas

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1 Co-geração de energia da Biomassa da Cana no ESP ÚNICA - COGEN - SP Cogeração na Indústria Canavieira: Realidade e perspectivas Isaias C. Macedo

2 Produção / utilização da biomassa da cana Brasil: 320 M t cana; 308 usinas ( ~1 Mt/usina ) 1 t cana.14 t(ms) bagaço 90% para energia na usina.14 t(ms) palha queimada no campo.15 t(ms) açúcar açúcar; etanol; outros Bagaço é equivalente a 11.0 M t óleo combustível 25% da palha: 3.2 M t óleo (não usada hoje) Auto-consumo: kwh/tc 2.4 GW inst. 330 kwh/tc (e. térmica) Energia produzida/energia fóssil usada: 8.3 (média) Emissões evitadas de GHG: 12.7 M t C equiv. Objetivos: - Aumento da eficiencia no uso do bagaço - Desenvolver colheita/utilização da palha - Buscar outros produtos (alto volume) da sacarose

3 Energia da cana 1 t cana (colmos): Energia (MJ) 0,14 t açúcar ,28 t bagaço (50% umidade) ,28 t palha (50% umidade) Total TEP, ou ~1 barril de petróleo 320 milhões t cana ~ 53 milhões TEP Energia primária no Brasil: TEP/ano (2002)

4 O uso otimizado para energia Objetivo da otimização Energia: energia elétrica; combustíveis Energia elétrica: volumes; integração; sazonalidade Eficiência energética: co-geração; complementações Retorno

5 Uso interno de energia nas usinas: produção de açúcar e etanol A energia é produzida em co-geração, usando a maior parte do bagaço Eletro-mecânica kwh / t cana ( 2,4 GW inst.) Térmica 330 kwh / t cana (~ 500 kg v / t cana) Eletro-mecânica / Total = 0,08 O bagaço disponível e esta relação definem o ciclo mais utilizado: contrapressão, 21 kgf / cm2.

6 Situação: caldeiras, S Paulo 156 <30 t vapor / h; p<19 bar; vapor saturado fornalha ferradura, tiragem natural, s/ pré-aquecedor 162 > 30 t vapor / h; p ~22 bar; maioria vapor saturado 56% com forno ferradura ; 30% com pré-aquecedor Automação rudimentar (nível do tubulão superior) Muito poucas com superaquecedor (280C) e grelhas basculantes Turbo-geradores: ~1 MW (poucos: 3) Eficiencia média ponderada, PCI: 71.6% (66 a 78) Cerca de 60% de autonomia em energia elétrica

7 Situação: caldeiras, S. Paulo 72% > 40 t vapor / h; 12% > 100 t vapor / h 75% > 20 bar; 6% > 30 bar; quase todas com superaquecedor 35% com economizador Predominam sitemas com grelha basculante, ar secundário e melhor automação; alguns sistemas de queima em suspensão Melhor tratamento de água (desaeradores; desmineralizadores) Turbogeradores: alguns até 20 MW Eficiências entre 80 e 84% Auto-suficiência em energia elétrica

8 Evolução Esperada Queima em suspensão; set-point variável com a carga Vapor a 80 bar 520C Eficiencias ~85%; controle de NOx; controle de particulados Turbo-geradores maiores, com turbinas de reação Sistemas: Redução do consumo de vapor para ~340 kg / t cana Uso de combustivel suplementar (palha; gás); operação annual Perspectivas da Gasificação e ciclos combinados Como promover a evolução?

9 Disponibilidade de energia adicional Excedentes de bagaço (50% u) e palha recuperada (15% u) Consumo de vapor: kg v / t cana (280?) Bagaço excedente: kg / t cana Energia disponível: kwh (t) / t cana Palha recuperada: 0 50 % (85 kg / t cana) Energia disponível: kwh (t) / t cana

10 Custos de recuperação da palha Recuperação da palha (Copersucar / GEF, 2000) Produção: 11.5 t (MS)/ha, média Disponibilidade: até 50 60% (~20 milhões t) Custos de recuperação (a) 1. Enfardar e transportar: US$/GJ 2. Direto, palha + cana : US$/GJ (a) Adicionando o custo de oportunidade pelo uso de herbicidas, US$ 45. / ha

11 Co-geração e excedentes em usinas Uso na safra (4400 h / ano) C P: contra-pressão; C E: cond. - extração C - P, 22 bar Bagaço C - P, 80 bar Bagaço C E, 80 bar Bagaço C E, 80 bar Bagaço + 25% palha C E, 80 bar Bagaço + 50% palha BIG GT, anual Complementação Processos kg v / t c Excedentes kwh / t c Brasil: 80% 10 3 GWh GW(ef) ,6 < 0, ,3 3, ,6 17,7 3,3 4, ,5 25,6 5,1 5, ,7 33,3 7,0 7,6 <

12 Co-geração: investimentos (M.Regis Leal: CTC, 2003) Convencional safra Convencional - ano BIG/GT - ano Gaseificador Limpeza gases TG a gás Caldeira AP Caldeira AP Caldeira recuperação TG extração/cp TG extr/condensação TG extr/condensação Condensador Condensador Sistema resfriamento Sistema resfriamento Tratamento d água Tratamento d água Tratamento d água Subestação Subestação Subestação Red. consumo vapor Red. consumo vapor $ 500 a 600 / kw inst. $ 600 a 800 / kw inst. $ / kw inst.

13 Usos do bagaço e palha Geração elétrica (a US$ 40. / MWh) Ciclos a vapor convencionais Somente bagaço + 16% faturamento Bagaço + 25% palha + 23% Bagaço + 50% palha + 30% Ciclo com gasificação + 55% Palha para a produção de etanol (a US$ 200. / m3) SSF, celulose + hemicelulose 25% palha + 17% 50% palha + 34% Considerações: Tecnologias; Investimentos; Modularização

14 Valor da energia Quando o planejamento da oferta será adequado para considerar o aumento do nível de energia assegurada com a co-geração sazonal, no período seco (~7 GW)? Operação anual: Potências menores (palha e bagaço) Complementação (GN, por exemplo) Custos associados

15 Conclusões Otimização pode visar diversos objetivos; eficiência de transformação, volumes de energia, formas de energia Oportunidades / dificuldades Grande potencial para co-geração a desenvolver: Redução de consumos internos na usina Bagaço: tecnologias comerciais ou novas Palha: baixo custo de recuperação Usos energéticos alternativos: hidrólise Possibilidades de complementação com GN Créditos de Carbono Indefinições da política energética no país

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